(57)【要約】【課題】長時間運転した場合であっても、安定した動作を維持可能な光学機器、および当該光学機器を備えた波長変換レーザ光源、画像表示装置およびレーザ光源装置を提供する。【解決手段】波長変換レーザ光源は、Ｍｇが５ｍｏｌ以上添加されたコングルエント組成のＬｉＮｂＯ３からなる波長変換素子２０９と、運転モード中に波長変換素子２０９へ光を入射させるための光源と、波長変換素子２０９へ前記光が入射されていない非運転モード中に波長変換素子２０９へ熱エネルギーを供給することにより、前記運転モード中に入射された光によって変化した波長変換素子２０９の屈折率を回復させる回復動作を行う屈折率回復機構とを含んでいる。【選択図】図５
2010033049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素八面体構造を有し、主成分以外に金属イオンが添加された非線形光学結晶と、
運転モード中に前記非線形光学結晶へ光を入射させるための光源と、
前記非線形光学結晶へ前記光が入射されていない非運転モード中に当該非線形光学結晶へ外部エネルギーを供給することにより、前記運転モード中に入射された光によって変化した前記非線形光学結晶の屈折率を回復させる回復動作を行う屈折率回復機構と、を含んでいることを特徴とする光学機器。
【請求項２】
前記非線形光学結晶が、Ｍｇが５ｍｏｌ以上添加されたコングルエント組成のＬｉＮｂＯ３もしくはＬｉＴａＯ３、またはＭｇが１ｍｏｌ以上添加されたストイキオメトリック組成のＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３もしくはＫＴｉＯＰＯ４からなることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
【請求項３】
前記屈折率回復機構は、前記外部エネルギーとしての熱エネルギーを前記非線形光学結晶へ供給して前記非線形光学結晶の屈折率を回復させるものであり、
前記運転モード中における前記非線形光学結晶の運転温度よりも高い回復温度まで当該非線形光学結晶を加熱し、当該回復温度を所定時間保持する温度保持部を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
【請求項４】
前記回復温度が８０℃以上であることを特徴とする請求項３に記載の光学機器。
【請求項５】
前記回復温度が１００℃以上であることを特徴とする請求項４に記載の光学機器。
【請求項６】
前記温度保持部が回復温度を保持する時間は５分以上であることを特徴とする請求項４に記載の光学機器。
【請求項７】
前記前記屈折率回復機構は、前記外部エネルギーとしての紫外光エネルギーを前記非線形光学結晶へ供給して前記非線形光学結晶の屈折率を回復させるものであり、
波長が２８０ｎｍ以上かつ３８０ｎｍ以下であり、出力が１００ｍＷ以上の紫外光を、５分以上、前記非線形光学結晶へ照射する紫外光照射部を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
【請求項８】
前記屈折率回復機構は、前記外部エネルギーとしての電界エネルギーを前記非線形光学結晶へ供給して前記非線形光学結晶の屈折率を回復させるものであり、
電圧が５００Ｖ以上であり、周波数が１０Ｈｚ以上であり、デューティー比が５０％以上である矩形波電圧を電極に印加することにより発生する電界を、当該電極を介して前記非線形光学結晶へ１０秒間以上印加する電界印加部を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の光学機器。
【請求項９】
前記非線形光学結晶には、分極反転構造が形成されていることを特徴とする請求項１ないし７の何れか１項に記載の光学機器。
【請求項１０】
前記屈折率回復機構は、電源をＯＮまたはＯＦＦにする操作が行われたタイミングで、前記回復動作を行うことを特徴とする請求項１ないし９の何れか１項に記載の光学機器。
【請求項１１】
電力供給が絶たれた場合に前記屈折率回復機構を動作させるためのバックアップ電源をさらに具備していることを特徴とする請求項１ないし１０の何れか１項に記載の光学機器。
【請求項１２】
前記屈折率回復機構は、前記運転モード中における前記非線形光学結晶の位相整合条件の変化に基づいて、当該非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知する検知部をさらに含み、
前記検知部の検知結果に基づいて前記回復動作を行うことを特徴とする請求項１ないし９の何れか１項に記載の光学機器。
【請求項１３】
前記検知部は、前記非線形光学結晶を通過して出射される光の出力を一定に制御した場合における前記光源に供給する電流量の変化に基づいて、当該非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知することを特徴とする請求項１２に記載の光学機器。
【請求項１４】
前記検知部は、前記光源に供給する電流量を一定に制御した場合における前記非線形光学結晶を通過して出射される光の出力変化に基づいて、当該非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知することを特徴とする請求項１２に記載の光学機器。
【請求項１５】
前記屈折率回復機構は、前記検知部が前記非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知したとき、前記光源の光出力を一旦停止させて前記運転モードから前記非運転モードへ切り換えて前記回復動作を行うことを特徴とする請求項１２ないし１４の何れか１項に記載の光学機器。
【請求項１６】
前記請求項１ないし１５の何れか１項に記載の光学機器と、
前記非線形光学結晶を含み、前記光源からの光の波長を異なる波長のレーザ光に変換する波長変換素子と、を含むことを特徴とする波長変換レーザ光源。
【請求項１７】
請求項１６に記載の波長変換レーザ光源と、
前記波長変換レーザ光源から出射されたレーザ光を２次元的に変調する２次元変調素子と、
前記２次元変調素子で変調されたレーザ光を投影する投影レンズと、を含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１８】
請求項１６に記載の波長変換レーザ光源を含む光源ユニットと、
液晶パネルと、
前記光源ユニットから照射された光を前記液晶パネルへと導く導光部材とを含むことを特徴とする画像表示装置。
【請求項１９】
前記請求項１ないし９の何れか１項に記載の光学機器と、
前記非線形光学結晶を含み、前記光源からの光の波長を異なる波長のレーザ光に変換する波長変換素子と、
電力供給が絶たれた場合に前記屈折率回復機構を動作させるためのバックアップ電源と、を含む波長変換レーザ光源を具備してなる画像表示装置であって、
前記屈折率回復機構は、画像表示動作が終了したタイミングで、前記回復動作を行うことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２０】
請求項１６に記載の波長変換レーザ光源と、
前記波長変換レーザ光源から出射されたレーザ光を照射領域へと導くファイバとを含むことを特徴とするレーザ光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形光学結晶を含む光学機器、これを備えた波長変換レーザ光源、画像表示装置およびレーザ光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、特許文献２等に開示されているように、Ｎｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＶＯ４レーザから発せられる光を、非線形光学効果を用いて波長変換することによって、緑色光等の可視レーザ光を得たり、緑色光をさらに変換した紫外レーザ光を得たりする波長変換レーザ光源が数多く開発・実用化されてきた。これらの変換光は、レーザ加工やレーザディスプレイ等の用途に用いられている。
【０００３】
非線形光学効果を用いた従来の波長変換レーザ光源の一般的な構成例を図１に示している。非線形光学効果を得るには、複屈折率を有する非線形光学結晶を使用する必要がある。具体的には、複屈折率を有する非線形光学結晶として、ＬｉＢ３Ｏ５（リチウムトリボレート：ＬＢＯ）、ＫＴｉＯＰＯ４（リン酸チタニルカリウム：ＫＴＰ）、ＣｓＬｉＢ６Ｏ１０（セシウムリチウムボレート：ＣＬＢＯ）、分極反転構造を形成したＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム：ＰＰＬＮ）やＬｉＴａＯ３（タンタル酸リチウム：ＰＰＬＴ）等が用いられてきた。
【０００４】
図１に示すように、波長変換レーザ光源１００は、基本波光源１０１、集光レンズ１０８、非線形光学結晶（波長変換素子）１０９、再コリメートレンズ１１１、波長分離ミラー１１３、非線形光学結晶の温度を一定に保持するヒーターなどの温度保持装置１１６、レーザ出力を制御する制御装置１１５、および制御装置１１５内に配置される非線形光学結晶の温度をコントロールする温度コントローラ１２２を含んでいる。基本波光源１０１には、波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザやＮｄ：ＹＶＯ４レーザ、Ｙｂドープファイバを用いたファイバレーザ等がよく用いられる。
【０００５】
ここで、波長１．０６μｍのレーザ光から半分の波長の０．５３２μｍのレーザ光を発生させる第２高調波発生を例に挙げて実際の動作について説明する。
【０００６】
基本波光源１０１から発せられた、波長１．０６μｍのレーザ光は、集光レンズ１０８により非線形光学結晶１０９に集光される。このとき、非線形光学結晶１０９の有する波長１．０６μｍの光に対する屈折率と、発生させたい波長０．５３２μｍの光に対する屈折率とが一致している必要があり、このことを位相整合と呼ぶ。一般に、結晶の屈折率は結晶自体の温度条件で変化するため、結晶の温度は一定にしておく必要がある。このため、非線形光学結晶自体は、温度保持装置１１６内に配置され、結晶の種類に応じた温度に保持される。
【０００７】
例えば、ＬＢＯ結晶を用いて、ｔｙｐｅ−１非臨界位相整合と呼ばれる位相整合の方法をとる場合、１４８℃〜１５０℃という温度で結晶を保持する必要がある。
【０００８】
また、分極反転構造のＬｉＮｂＯ３結晶を使用する場合においては、分極反転構造の周期を設計することにより、位相整合する温度や波長を任意に決定することが可能となっているが、位相整合条件を保ち続けるには、素子温度と基本波波長とを一定に保つ必要がある（特許文献１及び特許文献２参照）。また、分極反転を施していないＬｉＮｂＯ３結晶を用いて、温度で位相整合を取る方法について、例えば、特許文献３に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１５７２１７号公報
【特許文献２】特開２０００−３０５１２０号公報
【特許文献３】特許３４１２９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記のような非線形光学結晶を波長変換素子として使用する場合、非線形光学結晶の種類によっては、累積運転時間が数十〜数百時間程度に達すると、高調波出力が徐々に低下し、長時間安定した動作を維持できないという課題があることがわかった。
【００１１】
本発明の目的は、長時間運転した場合であっても、安定した動作を維持可能な光学機器、および当該光学機器を備えた波長変換レーザ光源、画像表示装置およびレーザ光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上のように、本発明の一局面に係る光学機器は、酸素八面体構造を有し、主成分以外に金属イオンが添加された非線形光学結晶と、運転モード中に前記非線形光学結晶へ光を入射させるための光源と、前記非線形光学結晶へ前記光が入射されていない非運転モード中に当該非線形光学結晶へ外部エネルギーを供給することにより、前記運転モード中に入射された光によって変化した前記非線形光学結晶の屈折率を回復させる回復動作を行う屈折率回復機構と、を含んでいる。
【００１３】
前記非線形光学結晶は、Ｍｇが５ｍｏｌ以上添加されたコングルエント組成のＬｉＮｂＯ３もしくはＬｉＴａＯ３、またはＭｇが１ｍｏｌ以上添加されたストイキオメトリック組成のＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３もしくはＫＴｉＯＰＯ４からなることが好ましい。
【００１４】
上記の構成において、コングルエント組成とは、融液組成とその融液から得られた単結晶組成とが一致するような組成、いわゆる一致溶融組成である。ストイキオメトリック組成とは、その材料における理想状態の組成（化学式の比率に近い組成）である。
【００１５】
上記組成の非線形光学結晶の結晶内には格子欠陥が存在するが、Ｍｇが所定量以上（コングルエント組成で５ｍｏｌ以上、ストイキオメトリック組成で１ｍｏｌ以上）添加されていることにより、Ｍｇが格子欠陥を減少させ、当該格子欠陥を原因とする電子的なトラップが低減される。よって、非線形光学結晶に光が入射しても、瞬時に非線形光学結晶の光屈折率が変化する現象（フォトリフラクティブ）を招来することはない。
【００１６】
しかしながら、本願発明者らによる研究の結果、従来知られていなかった以下の問題点が初めて明らかになった。即ち、上記のようにＭｇを所定量以上添加しても、格子欠陥が完全になくなるわけではないため、前記非線形光学結晶へ光を入射させている運転モードの時間が累積的に長くなるにつれ、格子欠陥における電子的なトラップにより、非線形光学結晶の屈折率が徐々に変化してしまうという問題点である。そして、このような長期的な運転により非線形光学結晶の屈折率が変化してしまうと、光が非線形光学結晶に入射されていない非運転モードにしただけではもとには戻らない。累積運転時間が数時間〜数百時間以上にもなると、初期の屈折率からのずれが大きくなり、非線形光学結晶は所望の非線形光学現象（波長変換等）を生じさせることが困難になる。そうなれば、累積運転時間に応じて出力が低下する等の不都合が生じ、長時間安定した動作を維持できないという問題点がある。
【００１７】
上記のような今回初めて明らかになった問題点に対応すべく、本発明に係る光学機器は屈折率回復機構を備えており、非線形光学結晶へ光が入射されていない非運転モード中に当該非線形光学結晶へ外部エネルギーを供給することにより、運転モード中に入射された光によって変化した非線形光学結晶の屈折率を回復させる回復動作を行うようになっている。この回復動作により、非線形光学結晶内の格子欠陥にトラップされた電子（あるいはホール）を外部エネルギーにより励起させて非線形光学結晶から放出させ、非線形光学結晶の屈折率を回復させることが出来る。これにより、長時間運転した場合であっても、安定した動作を維持可能な光学機器を実現することができる。
【００１８】
前記屈折率回復機構は、前記外部エネルギーとしての熱エネルギーを前記非線形光学結晶へ供給して前記非線形光学結晶の屈折率を回復させるものであり、前記運転モード中における前記非線形光学結晶の運転温度よりも高い回復温度まで当該非線形光学結晶を加熱し、当該回復温度を所定時間保持する温度保持部を含んでいることが好ましい。
【００１９】
上記の構成によれば、運転モード中における非線形光学結晶の運転温度よりも高い回復温度まで当該非線形光学結晶を加熱し、それを所定時間保持することにより非線形光学結晶に熱エネルギーを供給している。これにより、非線形光学結晶内の格子欠陥にトラップされた電子（あるいはホール）を熱エネルギーに基づく格子振動により非線形光学結晶から放出させ、非線形光学結晶の屈折率を回復させることが出来る。
【００２０】
前記回復温度は、８０℃以上であることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、非線形光学結晶の屈折率の回復に関し、高い回復効果を得られる。
【００２２】
前記回復温度は、１００℃以上であることがさらに好ましい。
【００２３】
上記の構成によれば、非線形光学結晶の屈折率の回復に関し、より高い回復効果を得られる。
【００２４】
前記温度保持部が回復温度を保持する時間は５分以上であることが好ましい。
【００２５】
上記の構成によれば、非線形光学結晶の屈折率の回復に関し、高い回復効果を得られる。
【００２６】
前記屈折率回復機構は、前記外部エネルギーとしての紫外光エネルギーを前記非線形光学結晶へ供給して前記非線形光学結晶の屈折率を回復させるものであり、波長が２８０ｎｍ以上かつ３８０ｎｍ以下であり、出力が１００ｍＷ以上の紫外光を、５分以上、前記非線形光学結晶へ照射する紫外光照射部を含んでいることが好ましい。
【００２７】
上記の構成によれば、非線形光学結晶内の格子欠陥にトラップされた電子（あるいはホール）を紫外光エネルギーに基づく光励起により非線形光学結晶から放出させ、非線形光学結晶の屈折率を回復させることが出来る。
【００２８】
前記屈折率回復機構は、前記外部エネルギーとしての電界エネルギーを前記非線形光学結晶へ供給して前記非線形光学結晶の屈折率を回復させるものであり、電圧が５００Ｖ以上であり、周波数が１０Ｈｚ以上であり、デューティー比が５０％以上である矩形波電圧を電極に印加することにより発生する電界を、当該電極を介して前記非線形光学結晶へ１０秒間以上印加する電界印加部を含んでいることが好ましい。
【００２９】
上記の構成によれば、非線形光学結晶内の格子欠陥にトラップされた電子（あるいはホール）を電界エネルギーに基づく励起により非線形光学結晶から放出させ、非線形光学結晶の屈折率を回復させることが出来る。
【００３０】
前記非線形光学結晶には、分極反転構造が形成されていることが好ましい。
【００３１】
上記の構成によれば、分極反転構造の周期を設計することにより、非線形光学結晶の位相整合条件等を任意に決定することができる。
【００３２】
前記屈折率回復機構は、電源をＯＮまたはＯＦＦにする操作が行われたタイミングで、前記回復動作を行うことが好ましい。
【００３３】
上記の構成によれば、電源をＯＮまたはＯＦＦにする操作が行われたタイミングで、その都度、回復動作が行われるので、運転が開始または終了する毎に非線形光学結晶の屈折率がリセットされ、長期間安定した動作が可能となる。
【００３４】
上記の構成において、電力供給が絶たれた場合に前記屈折率回復機構を動作させるためのバックアップ電源をさらに具備していることが好ましい。
【００３５】
上記の構成において、電力供給が絶たれることは非運転モード中に生じ易いが、その場合であっても、バックアップ電源からの電力供給により、屈折率回復機構による回復動作を問題なく行うことができる。
【００３６】
上記の構成において、前記屈折率回復機構は、前記運転モード中における前記非線形光学結晶の位相整合条件の変化に基づいて、当該非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知する検知部をさらに含み、前記検知部の検知結果に基づいて前記回復動作を行うことが好ましい。
【００３７】
上記の構成において、非線形光学結晶の屈折率が変化すれば、運転モード中における前記非線形光学結晶の位相整合条件が変化することになる。そこで、検知部は、前記位相整合条件の変化に基づいて、非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知する。そして、検知部の検知結果に基づいて前記回復動作を行うことにより、無駄なく効率的に非線形光学結晶の屈折率を回復させることが出来る。
【００３８】
前記検知部は、前記非線形光学結晶を通過して出射される光の出力を一定に制御した場合における前記光源に供給する電流量の変化に基づいて、当該非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知することが好ましい。
【００３９】
上記の構成において、非線形光学結晶を通過して出射される光の出力を一定に制御した場合、位相整合条件の変化の一態様として光源に供給する電流量が変化する。この電流量の変化に基づいて、非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知することにより、簡単な構成で検知可能となる。
【００４０】
上記の構成において、前記検知部は、前記光源に供給する電流量を一定に制御した場合における前記非線形光学結晶を通過して出射される光の出力変化に基づいて、当該非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知することが好ましい。
【００４１】
上記の構成において、光源に供給する電流量を一定に制御した場合、位相整合条件の変化の一態様として非線形光学結晶を通過して出射される光の出力が変化する。この光の出力変化に基づいて、非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知することにより、簡単な構成で検知可能となる。
【００４２】
上記の構成において、前記屈折率回復機構は、前記検知部が前記非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知したとき、前記光源の光出力を一旦停止させて前記運転モードから前記非運転モードへ切り換えて前記回復動作を行うことが好ましい。
【００４３】
上記の構成によれば、屈折率が変化したことが検知されたタイミングで光源の光出力を一旦停止させて直ちに前記回復動作を行うので、効果的に非線形光学結晶の屈折率のずれをリセットできる。
【００４４】
本発明の他の局面に係る波長変換レーザ光源は、上記の何れかの構成の光学機器と、前記非線形光学結晶を含み、前記光源からの光の波長を異なる波長のレーザ光に変換する波長変換素子とを含むことを特徴とする。
【００４５】
上記の構成によれば、波長変換レーザ光源は、非線形光学結晶の屈折率変化を回復させることができる前記光学機器を備えており、非線形光学結晶を波長変換素子として使用するものである。この波長変換レーザ光源は、長期間の運転により波長変換素子の位相整合温度がずれた場合に、非線形光学結晶の屈折率変化を回復させることで、当該位相整合温度のずれを修正することができる。
【００４６】
本発明の他の局面に係る画像表示装置は、上記構成の波長変換レーザ光源と、前記波長変換レーザ光源から出射されたレーザ光を２次元的に変調する２次元変調素子と、前記２次元変調素子で変調されたレーザ光を投影する投影レンズとを含むことを特徴とする。
【００４７】
上記の構成によれば、２次元変調素子および投影レンズを含む画像表示装置に前記波長変換レーザ光源を適用することにより、長期間安定した画像表示ができる高品質の画像表示装置を実現できる。
【００４８】
本発明の他の局面に係る画像表示装置は、上記構成の波長変換レーザ光源を含む光源ユニットと、液晶パネルと、前記光源ユニットから照射された光を前記液晶パネルへと導く導光部材とを含むことを特徴とする。
【００４９】
上記の構成によれば、光源ユニット、液晶パネルおよび導光部材を含む画像表示装置に前記波長変換レーザ光源を適用することにより、長期間安定した画像表示ができる高品質の画像表示装置を実現できる。
【００５０】
本発明の他の局面に係る画像表示装置は、上記の何れかの構成の光学機器と、前記非線形光学結晶を含み、前記光源からの光の波長を異なる波長のレーザ光に変換する波長変換素子と、電力供給が絶たれた場合に前記屈折率回復機構を動作させるためのバックアップ電源とを含む波長変換レーザ光源を具備してなる画像表示装置であって、前記屈折率回復機構は、画像表示動作が終了したタイミングで、前記回復動作を行うことを特徴とする。
【００５１】
上記の構成によれば、画像表示動作が終了したタイミングで前記回復動作が実行されるので、ユーザーが表示中の画像を見ている最中に前記回復動作が実行されことはなく、画像表示装置の使用状況に適した非線形光学結晶の屈折率の回復が実現できる。
【００５２】
本発明の他の局面に係る画像表示装置は、上記構成の波長変換レーザ光源と、前記波長変換レーザ光源から出射されたレーザ光を照射領域へと導くファイバとを含むことを特徴とする。
【００５３】
上記の構成によれば、ファイバ付きのレーザ光源装置に前記波長変換レーザ光源を適用することにより、長期間安定した動作が可能なレーザ光源装置を実現できる。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、長時間運転した場合であっても、安定した動作を維持可能な光学機器、波長変換レーザ光源、画像表示装置およびレーザ光源装置を実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
まず、本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源（光学機器）について図５を参照し、以下に説明する。
【００５６】
本波長変換レーザ光源２００は、後述する屈折率回復機構を備えており、波長変換素子（非線形光学結晶）２０９へ光が入射されていない非運転モード中に当該波長変換素子２０９に熱エネルギー加えることにより、運転モード中に入射された光によって変化した波長変換素子２０９の屈折率を回復させる回復動作を行うようになっている。この回復動作により、波長変換素子２０９の非線形光学結晶内の格子欠陥にトラップされた電子（あるいはホール）を加熱による外部エネルギーにより励起させて波長変換素子２０９から放出させ、波長変換素子２０９の屈折率を回復させることが出来る。これにより、長時間運転した場合であっても、安定した動作を維持可能な波長変換レーザ光源を実現することができる。
【００５７】
波長変換レーザ光源２００は、図５に示すように、基本波光源（光源）２３１、第１ダイクロイックミラー２３６、第２ダイクロイックミラー２３７、集光レンズ２０８、波長変換素子（非線形光学結晶を含む）２０９、再コリメートレンズ２１１、受光器（フォトダイオード）２１２、ビームスプリッタ２１３等を備えている。
【００５８】
基本波光源２３１としては、Ｙｂドープファイバ２３３を用いたファイバレーザ光源を用いている。ファイバレーザ光源は、発振波長やスペクトル幅を任意に決定することができるという利点がある。したがって、スペクトル幅を狭帯域化することにより基本波から高調波への変換効率を大幅に向上することができる。
【００５９】
基本波光源（ファイバレーザ光源）２３１より発生した基本波光２３５は、集光レンズ２０８により非線形光学結晶を含む波長変換素子２０９へ集光される。本実施の形態では、非線形光学結晶として分極反転構造を形成したＭｇ：ＬｉＮｂＯ３結晶素子（ＭｇＬＮ素子）を用いている。
【００６０】
本実施の形態に係る波長変換レーザ光源２００は、波長変換素子２０９の下面に配され、波長変換素子２０９を一定の温度に維持するための温度保持部２１６を備えている。この温度保持部２１６としては、ペルチェ素子を用いている。
【００６１】
波長変換素子２０９により波長変換された第２高調波は、再コリメートレンズ２１１により平行光束とされる。その後、ビームスプリッタ２１３によって波長変換されずに残った基本波と高調波とに分離される。
【００６２】
レーザ出力は基本波光源２３１の励起光源へ供給する電流により制御されている。また、基本波が波長変換素子２０９へ入射する直前にビームスプリッタ２１３で一部分を取り出し、波長変換素子２０９への入力光をモニターして制御する方式を採ってもよい。
【００６３】
図２は、出力１Ｗで運転した場合の波長変換素子２０９の経時劣化による位相整合温度の変化量を示している。図２（ａ）及び（ｂ）の各グラフで、横軸は累積運転時間を示し、縦軸は波長変換素子２０９の位相整合温度からの変化量を示している。図２（ａ）に示すように、波長変換素子２０９の位相整合温度は、累積運転時間が１００時間に達した時点で０．４度、２００時間に達した時点で０．６度、８００時間に達した時点で１．０度、高温側にシフト（経時変化）することが分った。このように、波長変換素子２０９の位相整合温度が、累積運転時間によって徐々にシフトする原因として、「光屈折率変化（フォトリフラクティブ）」が原因であることが、今回明らかとなった。
【００６４】
フォトリフラクティブはこれまでＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）結晶で観測されており、グリーン光などの高調波光を入射したとたんに発生することが知られていた。このような瞬時のフォトリフラクティブについては、Ｍｇ（マグネシウム）を５．０ｍｏｌ以上添加したコングルエント組成ＬｉＮｂＯ３結晶やＭｇを１．０ｍｏｌ以上添加したストイキオメトリックＬｉＮｂＯ３結晶では、抑制することが可能であると報告されていた。しかしながら、これは、あくまで瞬時に起きるフォトリフラクティブへの対策でしかなかった。
【００６５】
本発明者らは、今回５．０ｍｏｌ添加したＬｉＮｂＯ３結晶、１．０ｍｏｌ以上添加したストイキオメトリックＬｉＮｂＯ３結晶を用いて、分極反転構造を形成した波長変換素子を用いた場合にも、１００時間オーダーの累積運転動作により位相整合温度が徐々に変化するという形で屈折率が徐々に変化することを発見した。そこで、本実施の形態では、Ｍｇを添加したＬｉＮｂＯ３結晶と元素を置換したＬｉＮｂＯ３結晶など非線形光学材料に分極反転構造を形成した素子を波長変換素子として使用する場合に特に有効な位相整合温度や位相整合波長などの位相整合条件の経時変化に対応するための方法を示している。
【００６６】
図２（ｂ）は、異なる素子材料間での位相整合温度の変化量の比較を示している。同図では、異なる素子素材として、コングルエント組成のＭｇ：ＬｉＮｂＯ３（Ｍｇ濃度５．０ｍｏｌ）と、ストイキオメトリックのＭｇ：ＬｉＮｂＯ３（Ｍｇ濃度１．０ｍｏｌ）とを用いた場合の位相整合温度の変化量の違いを示している。図２（ｂ）のグラフからも分かるように、同じコングルエント組成のＭｇ：ＬｉＮｂＯ３を用いた場合でも、Ｍｇの濃度を５．０ｍｏｌから５．５ｍｏｌとすることで、位相整合温度の変化量を６０％程度にまで低減できることが分かった。さらに、ストイキオメトリックのＭｇ：ＬｉＮｂＯ３（Ｍｇ濃度１．０ｍｏｌ）とすることで、Ｍｇ濃度５．０ｍｏｌのコングルエント組成の場合と比較して４０％程度まで位相整合温度のシフト量を低減できることが分った。よって、波長変換素子２０９の材料として、Ｍｇが５．５ｍｏｌ以上添加されたコングルエント組成のＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３を用いることが好ましい。この場合、本実施の形態及び後述する実施の形態２及び３の構成による効果がより顕著となる。
【００６７】
ＬｉＮｂＯ３やＬｉＴａＯ３結晶には、結晶内に格子欠陥が存在し、これらの結晶にＭｇを添加することにより、この格子欠陥が原因となって形成される電子的なトラップを低減する効果がある。また、この格子欠陥は、コングルエント組成よりもストイキオメトリックのＬｉＮｂＯ３結晶の方が少ないため、波長変換素子の材料として、Ｍｇが１．０ｍｏｌ以上添加された定比（ストイキオメトリック）組成のＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３もしくはＫＴｉＯＰＯ４であることが本願（以下に示す実施の形態１〜４の構成）の効果をより大きくするにはより望ましい。
【００６８】
（実施の形態１）
本実施の形態に係る波長変換レーザ光源（光学機器）２００は、後に詳細に説明するように、経時劣化による位相整合温度のシフトの原因となる非線形光学結晶の屈折率の変化を変化前の状態に回復させる屈折率回復機構を備えている。
【００６９】
本実施の形態に係る波長変換レーザ光源２００では、波長変換素子２０９として、分極反転されたＭｇ：ＬｉＮｂＯ３素子（Ｍｇ濃度５．０ｍｏｌ）を用いている。波長変換素子２０９は、位相整合温度が３０℃となるよう設計されており、運転モード中においては温度保持部２１６によりこの位相整合温度（３０℃）に保持されている。すなわち、本実施の形態では、波長変換素子２０９に光が入射される運転モード中における波長変換素子２０９の運転温度が、３０℃に設定されている。
【００７０】
本波長変換レーザ光源２００は、１０６４ｎｍの基本波を６Ｗ入射した場合、波長変換素子２０９による波長変換で、１．５Ｗの高調波（５３２ｎｍ：グリーン光）を得ることができる。
【００７１】
図３（ａ）のグラフで、横軸は累積通電（運転）時間を示し、縦軸は波長変換素子２０９の位相整合温度からの変化量を示している。図３（ａ）から分るように、累積運転時間が長くなるに従い、位相整合温度の変化量が増加し、運転開始から８５０時間後には１．２℃高温側に位相整合温度がシフトする結果となった。
【００７２】
本実施の形態では、上記の経時劣化により位相整合温度がシフトした波長変換素子２０９の波長変換特性を回復させるための措置として、波長変換素子２０９を所定温度で加熱保持している。
【００７３】
具体的には、波長変換素子２０９の累積運転時間が８５０時間に達した時点で、温度保持部２１６の温度を、２分間で３０℃（運転温度）から１００℃（回復温度）に上昇させている。そして、波長変換素子２０９の温度を１００℃のまま５分間保持した後、再び２分かけて波長変換素子２０９の温度を３０℃に低下させた。この結果、波長変換素子２０９の位相整合温度を略初期の位相整合温度（温度検出部の検出誤差範囲内）にまで回復させることができた。波長変換素子２０９の位相整合特性を回復させた後、さらに同様の条件下で累積運転時間が６５時間に達するまで使用した。その後、同様に、温度保持部２１６の温度を１００℃に上昇させ、５分間保持した後、再び２分かけて３０℃に低下させたところ、再び初期の位相整合温度に回復できることが確認できた。これは、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３結晶内に存在する格子欠陥にトラップされた電子（あるいはホール）が熱による格子振動により放出されるためである。
【００７４】
さらに、経時劣化により位相整合温度がシフトした波長変換素子２０９を回復させるために必要な加熱温度（回復温度）について確認を行った。具体的には、初期の３０℃から２分で目標回復温度に上昇させ、５分間保持した後、２分で初期の３０℃に冷却した。この実験結果を、図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）のグラフで、横軸は目標加熱温度を示し、縦軸は位相整合温度からの変化量を示している。本実験では、経時劣化により位相整合温度が０．４５℃高温側にシフトした波長変換素子２０９を用いて、加熱による回復量をプロットしている。このグラフから、波長変換素子２０９を８０℃に加熱した時点で位相整合温度が回復し始め、１００℃に加熱すると完全に回復できていることが分かる。ここで、波長変換素子２０９の加熱温度は、高くすればするほど格子振動が大きくなるため回復の効果が大きくなる。したがって、位相整合温度の回復には、波長変換素子２０９の温度を８０℃以上、より好ましくは１００℃以上に加熱することが好ましい。
【００７５】
なお、初期の温度から０度に冷却した場合には、位相整合温度が回復されないため、熱的なショックではなく、素子に与えられる熱エネルギーによる格子振動で回復していることが分かる。
【００７６】
また、図４は加熱温度を８０℃及び１００℃としたときの加熱時間に対する位相整合温度回復の様子を表したプロット図である。図４のグラフから、波長変換素子２０９を８０℃に加熱した場合、加熱開始から５分後にはかなりの回復状態を示し、加熱開始から１０分後には略測定限界以下まで位相整合温度が回復できていることが分かる。また、波長変換素子２０９を１００℃に加熱した場合、加熱開始から５分後には略測定限界以下まで位相整合温度が回復できていることが分かる。なお、図４からも明らかなように、加熱時間（温度保持時間）が５分よりも短い場合であっても、回復の効果は得られる。
【００７７】
以上より、分極反転構造を有するＭｇ：ＬｉＮｂＯ３結晶（Ｍｇ濃度５．０ｍｏｌ）を波長変換素子とした波長変換レーザ光源においては、加熱温度８０℃以上望ましくは１００℃以上で５分以上保持することで経時変化によりシフトした位相整合温度をかなり回復させることが可能であることが分かる。
【００７８】
図６は、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源（レーザ光源装置）の一例を示している。レーザ光源装置６００は、光源本体６０１、該光源本体６０１から出力コネクタ６０２を介して接続され、レーザ光を照射したい領域へ導くデリバリファイバ６０３、ハンドピース６０４等で構成されている。光源本体６０１には、図５に示した波長変換レーザ光源が内蔵されている。光源本体６０１の主電源を入切するための電源スイッチ６０６をＯＮにすることで、ウォームアップが開始される。そして、ビームの出射が可能な状態になると、ｒｅａｄｙ表示部６０８が点灯する。この状態で、出力設定部６０７で出力値を設定すれば、デリバリファイバ６０３に接続されたハンドピース６０４からレーザビーム６０５が出射されるように構成されている。
【００７９】
図１３は、本実施の形態に係る波長変換レーザ光源が備える制御装置２２５および波長変換素子２０９の温度コントローラ７１１の概略構成を示すブロック図である。
【００８０】
温度コントローラ７１１は、電源７０８、サーミスタ７０３、サーミスタ７０３からの温度信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ７０４、Ａ／Ｄコンバータ７０４によってデジタル値に変換された温度信号を格納するレジスタ７０５、素子運転温度Ｔｓｖ、素子加熱温度設定値Ｔａｎと保持時間ｈａｎ、出力−温度設定値の換算テーブル、予め必要な投入電流値等を格納するＥＥＰＲＯＭ７０６、制御装置２２５から高調波出力設定値のデータが転送されるＭＰＵ７０７、電源７０８から温度保持部２１６へ供給される電流波形に対し、ＰＷＭ (Pulse Width Modulation)制御を行うためのスイッチ７０９を含んでいる。
【００８１】
ＥＥＰＲＯＭ７０６に格納されている高調波出力に対する素子温度のデータを取得し、レジスタ７０５に一時的に格納されている波長変換素子２０９の現在温度とＭＰＵ７０７内で比較・演算し、この演算結果に基づいて、電源７０８から温度保持部２１６へ供給される電流を制御することで温度保持部２１６の制御を行っている。温度保持部２１６へ供給される電流波形は、スイッチ７０９でＰＷＭ制御されている。
【００８２】
波長変換素子２０９は温度保持部２１６上に保持されており、温度保持部２１６の温度をサーミスタ７０３でモニターすることで間接的に波長変換素子２０９の温度をモニターしている。サーミスタ７０３からの温度信号は、Ａ／Ｄコンバータ７０４でデジタル値に変換され、レジスタ７０５へ格納される。高調波出力に対する素子温度のテーブルは、予め必要な投入電流と共にＥＥＰＲＯＭ７０６へ格納されている。
【００８３】
屈折率回復機構は、温度保持部２１６、制御装置２２５、サーミスタ７０３および温度コントローラ７１１から構成されている。
【００８４】
第１の実施形態における一つの方法として、主電源をＯＮしたときに温度保持部の温度を運転温度の３０℃から回復温度の１００℃に２分で上昇させ、５分間保持した後、再び２分かけて運転温度の３０℃まで低下させる「素子加熱動作（回復動作）」を行う場合について以下に説明する。
【００８５】
図７は、本実施の形態に係る屈折率回復機構による回復動作の一例として、装置の主電源をＯＮにする操作が行われたタイミングで、回復動作を行う場合を示している。本回復動作では、運転モード中における波長変換素子２０９の運転温度よりも高い温度に設定された回復温度まで波長変換素子２０９を加熱し、当該回復温度で所定時間保持することにより波長変換素子２０９に熱エネルギーを供給している。これにより、波長変換素子（非線形光学結晶）２０９内の格子欠陥にトラップされた電子（あるいはホール）を熱エネルギーに基づく格子振動により非線形光学結晶から放出させ、非線形光学結晶の屈折率を回復させることが出来る。
【００８６】
主電源をＯＮするための操作が行われたら（Ｓ１）、先ず光学機器の異常の有無を調べるためにシステムチェックを行う（Ｓ２）。システムチェックが完了すると、ＥＥＰＲＯＭ７０６内から素子の設定回復温度Ｔａｎと保持時間ｈａｎとを予め取得する（Ｓ３）。本実施の形態では、回復温度を１００℃に設定し、保持時間を５分に設定している。次に、Ｓ３で取得した設定回復温度Ｔａｎ及び保持時間ｈａｎ値に基づいて、熱エネルギーの供給による回復動作を開始する（Ｓ４）。そして、素子の現在温度Ｔｐｖを取得し（Ｓ５）、現在温度Ｔｐｖと設定回復温度Ｔａｎとを比較する（Ｓ６）。素子の現在温度Ｔｐｖが設定回復温度Ｔａｎ（Ｔａｎ＝１００℃）になったら（Ｓ６でＹＥＳ）、保持時間ｈａｎが経過するまで設定回復温度Ｔａｎを維持する。保持時間ｈａｎが経過すれば（Ｓ７でＹＥＳ）、回復のための加熱動作が完了し、波長変換動作時の設定運転温度Ｔｓｖを予め設定されたＥＥＰＲＯＭ７０６内から取得する（Ｓ８）。
【００８７】
次に、取得した設定運転温度Ｔｓｖに基づいて、素子温度調整動作を開始する（Ｓ９）。そして、素子の現在温度Ｔｐｖを取得し（Ｓ１０）、設定運転温度Ｔｓｖと比較する（Ｓ１１）。素子の設定運転温度Ｔｓｖになったことを確認すると（Ｓ１１でＹＥＳ）、レーザ装置（図６）のＲｅａｄｙ表示部６０８にＲｅａｄｙ表示する（Ｓ１２）。以上のルーチンが完了すると素子の屈折率回復動作が終了する。この回復動作は、波長変換素子２０９へ光が入射されていない非運転モードで実行される。
【００８８】
図７に示す回復のための加熱動作を実行する屈折率回復機構を実装した光学機器を用いて、実際に所定時間運転させて位相整合温度が変化した状態で、主電源を一旦ＯＦＦにし、再び主電源をＯＮにして上記の回復動作が行われた後、位相整合温度の変化量を確認した。この結果、電源を入れ直した後では、当該変化量が０となり、初期の位相整合温度への回復が確認できた（図８のプロット図）。
【００８９】
本実施の形態に係る回復のための加熱動作は、上記図７のように光学機器の電源ＯＮをトリガーとして実行する代わりに、光学機器２００の電源ＯＦＦをトリガーとして実行してもよい。
【００９０】
光学機器２００の電源をＯＦＦとしたタイミングで、本実施の形態に係る回復のための加熱動作を実行した場合について図９を参照し以下に説明する。
【００９１】
図９の場合も図７の場合と同様に温度保持部２１６の温度を３０℃（運転温度）から１００℃（回復温度）に２分で上昇させ、５分間保持した後、再び２分かけて運転温度の３０℃にまで低下させる。ただし、電源ＯＦＦ後に直ちに電源供給プラグを抜かれ、外部から電源供給が断たれる場合でも電源が確保できるようにするため、図９に示す回復のための加熱動作を実行する屈折率回復機構を実装した光学機器は、図５の破線で囲まれた領域に示すように、バッテリ（コンデンサ）２０３等のバックアップ電源を備えていることが好ましい。
【００９２】
図９は、本実施の形態に係るコントローラによる波長変換素子の屈折率を回復させる工程の他の例として、主電源をＯＦＦにした後に、屈折率の回復動作を実行する場合を示している。
【００９３】
光学機器２００の主電源をＯＦＦにすると（Ｓ２０）、電源供給の有無を確認する（Ｓ２１）。電源が供給されていない場合（Ｓ２１でＮＯ）は、素子温調動作用の電源を商用電源からバッテリへ切り替える（Ｓ２２）。そして、目標加熱温度である設定回復温度Ｔａｎと保持時間Ｈａｎ（回復温度：１００℃、加熱時間：５分）を予め設定されたＥＥＰＲＯＭ７０６内から取得する（Ｓ２３）。一方、電源が供給されている場合（Ｓ２１でＹＥＳ）は、バッテリ２０３に切り替える必要がないため、そのままＳ２３で設定回復温度Ｔａｎと保持時間Ｈａｎとを予め設定されたＥＥＰＲＯＭ７０６内から取得する（Ｓ２３）。本実施の形態では、回復温度を１００℃に、保持時間を５分設定している。次に、Ｓ２３で取得した回復温度Ｔａｎ及び保持時間ｈａｎ値に基づいて、素子加熱動作を開始する（Ｓ２４）。そして、素子の現在温度Ｔｐｖを取得し（Ｓ２５）、設定回復温度Ｔａｎと比較する（Ｓ２６）。素子の現在温度Ｔｐｖが設定回復温度Ｔａｎ（本実施の形態の場合Ｔａｎ＝１００℃）になったところで（Ｓ２６でＹＥＳ）、保持時間ｈａｎの経過の有無を確認する（Ｓ２７）。保持時間ｈａｎの経過を確認すると（Ｓ２７でＹＥＳ）、回復のための加熱動作が完了し、波長変換動作時の設定運転温度Ｔｓｖを予め設定されたＥＥＰＲＯＭ７０６内から取得する（Ｓ２８）。
【００９４】
次に、取得した設定運転温度Ｔｓｖに基づいて、素子温調動作を開始する（Ｓ２９）。そして、素子の現在温度Ｔｐｖを取得し（Ｓ３０）、設定運転温度Ｔｓｖと比較する（Ｓ３１）。現在温度Ｔｐｖが運転温度Ｔｓｖになったことを確認すると（Ｓ３１でＹＥＳ）、装置全体のシステムチェックを行った後（Ｓ３２）、電源を遮断する（Ｓ３３）。
【００９５】
上記のように、主電源をＯＦＦとしたタイミングで屈折率の回復動作を実行した場合も、主電源をＯＮとしたタイミングで屈折率の回復動作を実行した場合と同様に、シフトした位相整合温度を初期状態の位相整合温度に回復させることが確認できた。
【００９６】
以上のように、光学機器の主電源の操作タイミング（ＯＮ／ＯＦＦ）で、回復のための素子の加熱動作のルーチンを実行することで、計時劣化による位相整合温度のズレに起因した出力特性の劣化を防止することができる。
【００９７】
なお、図９に示す本実施の形態では、Ｓ２７で回復のための加熱動作が完了した後、波長変換素子２０９の温度を設定運転温度まで冷却しシステムチェックを行っている。しかしながら、システムチェックを行わない場合は、回復のための加熱動作が完了した後、波長変換素子２０９をそのまま自然冷却してもよい。
【００９８】
なお、図７及び図９に示す本実施の形態では、電源操作（図７ではＯＮ、図９ではＯＦＦ）のタイミングで、常に回復のための加熱動作を実行している。しかしながら、本実施の形態はこれに限定されず、例えば、累積運転時間が所定時間に達していない場合は、回復のための加熱動作は行わない構成としてもよい。
【００９９】
以上のように、主電源の操作時つまり機器を使用する前・或いは後に素子加熱動作のルーチンを実行することで、使用中に装置からの光出力が不安定になることを回避でき、ユーザーが意識することなく、位相整合温度の変化量を回復させることができる。
【０１００】
（実施の形態２）
本発明の他の実施の形態について、図面を参照し以下に説明する。
【０１０１】
本実施の形態の波長変換レーザ光源も、実施の形態１と同様に経時劣化による位相整合温度のシフトの原因となる屈折率の変化を変化前の状態に回復させる屈折率回復機構を備えている。波長変換レーザ光源の他の構成については実施の形態１と同様であるため、同一符号を用いて詳細な説明を省略する。
【０１０２】
本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、波長変換素子２０９を所定時間、所定の温度で保持することによって、経時劣化した波長変換素子２０９を回復させる方法について説明する。
【０１０３】
本実施の形態の波長変換レーザ光源（光学機器）は、波長変換素子２０９の屈折率の変化（位相整合温度のシフト）を検知する検知部（制御装置２２５・受光器２１２）を備えている。そして、位相整合温度のシフトを検知したタイミングで波長変換素子２０９を所定の回復温度に上昇させ、一定時間保持した後に再び元の運転温度に冷却している。
【０１０４】
第１の実施形態では、主電源の操作をきっかけにして回復のための加熱動作を行っていたが、第２の実施形態では、位相整合温度からの変化量が所定の値に達したことを検知したタイミングで、レーザビームの出射を終えた際に素子加熱動作を行うようにした点が異なっている。
【０１０５】
すなわち、本実施の形態に係る屈折率回復機構は、回復のための加熱動作を行うタイミングが実施の形態１と異なっている。
【０１０６】
なお、本実施の形態の回復のための加熱動作は、位相整合温度からの変化量が所定の値に達したことを検知した時点で直ちに実行してもよいし、位相整合温度からの変化量が所定の値に達したことを検知した後も現在の運転が終了するまで継続し、終了後に回復のための加熱動作を実行する構成としてもよい。
【０１０７】
まず、位相整合温度からのズレの検知方法について説明する。
【０１０８】
基本波入力又は基本波光源への投入電流を一定とし、初期状態の波長変換素子と、累積運転時間が２００時間に達した波長変換素子とを用いて実験を行い、波長変換素子の温度と高調波（グリーン光）出力との関係（温度チューニングカーブ）について確認した。この実験結果を図１０に示している。
【０１０９】
図１０中、Ｐ１は運転初期時のチューニングカーブを示し、Ｐ２は累積運転時間が２００時間に達した後に運転させた際の温度チューニングカーブを示している。図１０に示す実験結果から、初期状態の波長変換素子２０９では、位相整合温度が３０℃であるのに対し、累積運転時間が２００時間に達した波長変換素子２０９では、位相整合温度が３０．６℃となっており、０．６℃高温側にシフトしている。さらに、累積運転時間が２００時間に達した波長変換素子２０９を、経時劣化により位相整合温度が変化したにも関わらず、３０℃で保持し続けた場合、高調波（グリーン光）出力は初期状態の高調波出力の６０％程度まで低下することが分かる。
【０１１０】
このように、基本波入力又は基本波光源への投入電流を一定となるように制御した場合、経時変化による位相整合温度の変化により、高調波出力が低下する。このことから、例えば、基本波入力又は基本波光源への投入電流一定の条件下で、常時高調波出力を光検出器でモニターしておき、高調波出力が初期状態の高調波出力の所定割合以下に低下したことを検知したタイミングで、素子加熱動作を開始させることができる。一方、高調波出力を一定となるように制御した場合、投入基本波又は投入電流を増加させる必要がある。
【０１１１】
このことから、例えば、高調波出力一定の条件下で、初期状態の値から投入基本波又は投入電流が所定割合以上に増加したことを検知し、これをトリガーとして、素子加熱動作を開始させることができる。
【０１１２】
図１１は、本実施の形態に係る波長変換素子２０９における非線形光学結晶の屈折率を回復させるための加熱動作を示している。まず、波長変換レーザ光源（光学機器）２００を稼動させた後、高調波の出力設定値Ｐｓｖを出力設定器２０１により取得する（Ｓ４０）。次に、取得した出力設定値Ｐｓｖに基づいて、ＥＥＰＲＯＭ７０６内に記録された出力−温度設定値の換算テーブルを参照し、設定運転温度Ｔｓｖを決定し（Ｓ４１）、設定する（Ｓ４２）。そして、サーミスタ７０３から波長変換素子２０９の現在の素子温度Ｔｐｖを取得し（Ｓ４３）、温度調整動作を開始する（Ｓ４４）。次に、波長変換素子２０９の現在の温度Ｔｐｖが設定された運転温度Ｔｓｖに達しているかをサーミスタ（温度検出器）で確認し（Ｓ４５）、運転温度Ｔｓｖに達していれば（Ｓ４５でＹＥＳ）、ＬＤへの電流の印加を開始する（Ｓ４６）。
【０１１３】
次に、現在の高調波出力Ｐｐｖを取得し（Ｓ４７）、設定された出力設定値Ｐｓｖに達しているかを確認する（Ｓ４８）。現在の高調波出力Ｐｐｖが設定された出力設定値Ｐｓｖに達している場合（Ｓ４８でＹＥＳ）、現在の電流値Ｉｐｖを取得する（Ｓ４９）。そして、取得した現在の電流値Ｉｐｖが限界値ＩＬｉｍの８０％に達していないかを確認する（Ｓ５０）。限界値ＩＬｉｍの８０％に達していない場合は（Ｓ５０でＹＥＳ）、Ｓ５６で運転モードがＯＦＦになるまで運転モードを継続する（Ｓ４６に戻ってループ処理が継続される）。そしてループ処理中に、運転モードがＯＦＦ（Ｓ５６でＹＥＳ）になれば、工程が終了する。
【０１１４】
一方、現在の高調波出力Ｐｐｖが設定された出力設定値Ｐｓｖに達していない場合（Ｓ４８でＮＯ）、現在の電流値Ｉｐｖを取得する（Ｓ５１）。現在の電流値Ｉｐｖが、まだ限界値ＩＬｉｍに達していない場合は（Ｓ５２でＮＯ）、Ｓ４６へ戻りＬＤへ供給される電流が増加される。その後も、現在の高調波出力Ｐｐｖが出力設定値Ｐｓｖに達するまで、Ｓ４６〜Ｓ４８、Ｓ５１及びＳ５２のルーチンが繰り返されるループ処理が行われる。このループ処理中において、現在の高調波出力Ｐｐｖが出力設定値Ｐｓｖに達するまでに現在の電流値Ｉｐｖが限界値ＩＬｉｍに達してしまった場合には（Ｓ５２でＹＥＳ）、ＬＤスタンバイモードに切りかえ（Ｓ５３）、素子加熱ルーチンが実行され、非線形光学結晶の屈折率を回復させる回復動作が行われる（Ｓ５４）。そして、素子加熱ルーチンが完了すると、Ｒｅａｄｙ表示部６０８（図６）にＲｅａｄｙ表示される（Ｓ５５）。
【０１１５】
また、上述のＳ４６〜Ｓ５０およびＳ５６のループ処理中において、取得した現在の電流値Ｉｐｖが限界値ＩＬｉｍの８０％に達している場合も（Ｓ５０でＮＯ）、ＬＤスタンバイモードに切りかえ（Ｓ５３）、素子加熱ルーチンが実行される（Ｓ５４）。そして、素子加熱ルーチンが完了すると、Ｒｅａｄｙ表示部６０８にＲｅａｄｙ表示される（Ｓ５５）。
【０１１６】
本実施の形態に係る上記の制御を行うことで、図１２に示したように、一時的にＬＤへの投入電流値は増加するものの、ＬＤに供給する電流量の変化に基づいて、非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知すると、素子加熱ルーチンによる回復動作が行われることにより（Ｓ５４）、初期のＬＤ電流値に回復させることができる。そのため、長時間使用した場合においても、安定した出力が得られると同時に、他の制御を行うためのマージンを使ってしまうことなく安定な出力制御を行うことが可能となる。
【０１１７】
以上のように、前記運転モード中における波長変換素子２０９の非線形光学結晶の位相整合条件の変化に基づいて、当該非線形光学結晶の屈折率が変化したことを検知することができる。なお、本実施の形態では、波長変換素子２０９の屈折率変化を検知する方法として、位相整合温度のシフトを検知していたが、位相整合波長など、その他の位相整合条件を指標にしてもよい。
【０１１８】
（参考例）
参考例として、運転モード中の波長変換素子の位相整合温度を８０℃に設定した場合について説明する。本参考例では、前記の実施の形態１または２に示したような非線形光学結晶の屈折率の回復動作は行わない。
【０１１９】
図１４は、本参考例に係る温度コントローラによる運転モード中の波長変換素子の制御動作を示すフローチャートである。
【０１２０】
波長変換レーザ光源の運転をスタートすると、まず、波長変換素子の温度保持部２１６の温度初期値Ｔを取得する（Ｓ６１）。続いて、出力設定器２０１で設定された出力設定値Ｐｓｖを制御装置２２５から取得する（Ｓ６２）。設定された出力設定値ＰｓｖをもとにＥＥＰＲＯＭ７０６に書き込まれている運転温度Ｔｓｖを取得し（Ｓ６３）、目標素子温度をＴｓｖに設定する（Ｓ６４）。温度制御を開始する前に波長変換素子２０９の現在温度Ｔｐｖをサーミスタ７０３から取得し（Ｓ６５）、温度保持部２１６へ流す電流の極性（温度保持部２１６としてペルチェ素子の場合）及び波形の制御を開始する。
【０１２１】
まず、温度初期値Ｔ、設定温度値Ｔｓｖ、及び素子の現在温度Ｔｐｖから、下記式により、電流波形を制御するための係数Ｇを算出する（Ｓ６６）。
【０１２２】
Ｇ＝（Ｔｐｖ−Ｔ）／（Ｔｓｖ−Ｔ）                                  …（１）
本実施の形態では、Ｓ６６で算出した係数Ｇに基づいて、デューティー比の切り換えを行い電流波形を制御している。
【０１２３】
すなわち、０．９≦Ｇの場合（Ｓ６７でＹＥＳ）、ＰＷＭ制御を行う（Ｓ６８）。一方、Ｇ＜０．９の場合（Ｓ６７でＮＯ）、デューティー比１００％とし、ＰＷＭ制御は行わない（Ｓ６９）。
【０１２４】
ここで、係数Ｇに基づいてデューティー比の切り換えを行う構成に変えて、Ｇと係数ｂ（０＜ｂ≦１）の値を用いて、温調電流デューティー比＝ｂ・（１−Ｇ）／（ｂ＋Ｇ）のように計算した値をそのまま温調電流デューティー比として使用する構成としてもよい。
【０１２５】
次に、電流極性を変更するかどうか判断するために、Ｔｐｖ、Ｔｓｖを、係数aを用いて以下の不等式を満たすが否かを判断する（Ｓ７０）。
【０１２６】
Ｔｐｖ＞ａ×Ｔｓｖ                                                    …（２）
上記不等式（２）を満たす場合は（Ｓ７０でＹＥＳ）、電流の極性を変更する（Ｓ７１）。なお、Ｇ＜０．９の場合（Ｓ６７でＮＯ）の場合は、上述の通り、Ｓ６８のＰＷＭ制御は行わず、Ｓ７０で、不等式（２）を満たすか否かを判断する（Ｓ７０）。
【０１２７】
上記不等式（２）における係数ａは、定常状態に極性が頻繁に切り替わることを防止するための係数である。この係数ａは、１．１〜１．２の範囲の数値に設定することが望ましい。
【０１２８】
なお、Ｔｐｖが、１．１Ｔｓｖ〜１．２Ｔｓｖの範囲にある場合に、電流をカットして、波長変換素子２０９が自然冷却されるように制御してもよい。
【０１２９】
Ｓ７１で電流の極性を変更した後、再びＳ６５に戻り、波長変換素子の現在温度を取得する（Ｓ６５）。このループを繰り返すことにより、グリーン光出力を安定して出力させることができる。
【０１３０】
また、この係数ａを高調波出力の関数とし、高調波出力が増加すると共に、デューティー比が小さくなるように設定することで、波長変換素子が高調波出力を吸収することにより生じる波長変換素子の温度不均一を低減することができる。
【０１３１】
図１４の制御フローでは、現在温度が設定温度を大きく上回った場合に、ペルチェ素子の極性を逆転させ、温度保持部を冷却するような動作を入れているが、本参考例では素子の保持温度が８０℃となっているため、一時的にペルチェ素子への電流供給をストップすることでこの動作に代えることができる。
【０１３２】
図１５に電流一定値動作をさせた場合の、累積運転時間に対する高調波出力のプロット図を示している。波長変換素子の運転温度を３０℃とした場合は、累積運転時間に応じて高調波出力が徐々に低下するが、本参考例のように波長変換素子の運転温度を８０℃とした場合には、累積運転時間が５００時間を超えても初期の状態が維持されることが確認できた。このように、運転モード中の波長変換素子（非線形光学結晶）の運転温度をある程度高い温度に設定した場合は、運転モード中に入射された光によって非線形光学結晶の屈折率が経時的に変化しないため、本発明が解決しようとする課題である「非線形光学結晶の経時的屈折率変化の問題」は生じない。
【０１３３】
なお、特許３４１２９０６号では、分極反転を使用せず、材料の複屈折を利用した位相整合方法を用いており、材料の誘電主軸と平行な角度で基本波を入力した際に位相整合する温度が１５０度以上となるような状態で使用しているため、結果的に今回問題となるような位相整合温度の経時変化が発生することを知るに至らなかったことが本参考例より分かる。
【０１３４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、波長変換レーザ光源に用いる波長変換素子２０９の波長変換結晶の長さと、屈折率回復機構による屈折率回復の効果との関係について説明する。
【０１３５】
図１６は、基本波のスペクトル幅が０．１ｎｍ程度である場合の、波長変換結晶の長さ（実際に波長変換される領域の作用長）に対して出力が９０％まで（初期の値を１００％とする）低下する温度範囲の幅（温度許容幅９０％幅）を示している。例えば、波長変換結晶の長さが５ｍｍの場合、このプロット図から出力が初期の９０％以上であるためには、位相整合温度の変化量が±０．２５℃の範囲内でなければならないことを示している。屈折率の経時変化による位相整合温度の変化は１．２℃程度で飽和しているため、少なくとも２ｍｍ以上の作用長を持つ波長変換結晶を用いた波長変換レーザ光源で、回復効果が得られると言える。
【０１３６】
作用長が長い波長変換結晶を用いた場合でも回復効果有するため、波長変換結晶の構成が導波路型であっても良い。図１７は、導波路型波長変換結晶の光伝搬方向に対する断面図を示している。図１７（ａ）は、エアギャップ型と呼ばれる構成を示しており、導波路材料（導波路部１７０４の材料）と空気との屈折率差を利用して、基板に垂直な方向（方向イ）に光を閉じ込める方法を用いている。基板１７０１上に空隙１７０３を設けた導波層１７０２を接合し、導波層の厚さが５〜１０μｍとなるまで研磨し、導波路部１７０４を形成して得られた構造である。基板に垂直な方向の光閉じ込めを導波路材料と空気との屈折率差で行っているため、図１７（ａ）では基板１７０１と導波路部１７０４の材料は同じ材料であっても差し支えない。一方、図１７（ｂ）は基板に垂直な方向の光閉じ込めを導波路材料（導波路部１７０６）と基板１７０５の材料との屈折率差で行っている。そのため、導波路部１７０６と基板１７０５とは材料が異なっている必要があり、基板１７０５の屈折率＜導波路部１７０６の屈折率となっている必要がある。
【０１３７】
また、実施の形態１及び実施の形態２の屈折率回復機構は、外部エネルギーとして、熱エネルギーを波長変換素子（非線形光学結晶）へ供給して非線形光学結晶の屈折率を回復させている。しかしながら、熱エネルギーによる位相整合温度の回復方法の他にも、紫外光を照射する方法や電界を印加する方法を用いてもよい。
【０１３８】
図１７（ｃ）は、紫外光を波長変換素子２０９に照射して位相整合温度を回復する構成を示す模式図である。
【０１３９】
図１７（ｃ）に示す屈折率回復機構は、波長が２８０ｎｍ以上かつ３８０ｎｍ以下であり、出力が１００ｍＷ以上の紫外光を発生する紫外光源（紫外光照射部）１７０７を備え、紫外光源１７０７から出射された紫外光を５分以上、波長変換素子２０９へ照射すれば、位相整合温度が回復することを確認している。
【０１４０】
すなわち、上記の屈折率回復機構による回復動作により、非線形光学結晶内の格子欠陥にトラップされた電子（あるいはホール）を紫外光エネルギーに基づく光励起により非線形光学結晶から放出させ、非線形光学結晶の屈折率を回復させることが出来る。
【０１４１】
図１７（ｄ）は、電界を波長変換素子２０９に照射して位相整合温度を回復する構成を示す模式図である。
【０１４２】
図１７（ｄ）に示す屈折率回復機構は、外部エネルギーとしての電界エネルギーを波長変換素子２０９へ供給して波長変換素子２０９の屈折率を回復させるものであり、電圧が５００Ｖ以上であり、周波数が１０Ｈｚ以上であり、デューティー比が５０％以上である矩形波電圧を電極１７０９に印加することにより発生する電界を、当該電極１７０９を介して波長変換素子２０９へ１０秒間以上印加することで位相整合温度が回復することを確認している。
【０１４３】
すなわち、上記の屈折率回復機構による回復動作により非線形光学結晶内の格子欠陥にトラップされた電子（あるいはホール）を電界エネルギーに基づく励起により非線形光学結晶から放出させ、非線形光学結晶の屈折率を回復させることが出来る。
【０１４４】
なお、印加電極と波長変換結晶に直接接触した形で形成された場合、ＬｉＮｂＯ３結晶内に存在する電子的な欠陥が原因となり、経時的に光透過率が低下するため、印加電極と波長変換結晶との間には、抵抗率１×１０８Ω・ｃｍ以上の絶縁材料を介することが望ましい。
【０１４５】
よって、紫外光を照射する方法や電界を印加する方法においても位相整合温度の回復を行うことができる。
【０１４６】
（実施の形態４）
本発明の他の実施の形態について以下に図１８ないし図２０を参照し、以下に説明する。
【０１４７】
図１８は、上記の各実施の形態で示した波長変換レーザ光源を用いた２次元画像表示装置の構成例として、実施の形態で示した波長変換レーザ光源を適用したレーザディスプレイ（画像表示装置）の構成例を示している。
【０１４８】
図１８に示す２次元画像表示装置１８００は、液晶３板式プロジェクタの光学エンジンに、第１及び第２の実施の形態の波長変換レーザ光源を適用させた一例である。
【０１４９】
２次元画像表示装置１８００は、画像処理部１８０２、レーザ出力コントローラ（コントローラ）１８０３、ＬＤ電源１８０４、赤色、緑色、青色レーザ光源１８０５Ｒ、１８０５Ｇ、１８０５Ｂ、ビーム形成ロッドレンズ１８０６Ｒ、１８０６Ｇ、１８０６Ｂ、リレーレンズ１８０７Ｒ、１８０７Ｇ、１８０７Ｂ、折り返しミラー１８０８Ｇ、１８０８Ｂ、画像を表示させるための２次元変調素子１８０９Ｒ、１８０９Ｇ、１８０９Ｂ、偏光子１８１０Ｒ、１８１０Ｇ、１８１０Ｂ、合波プリズム１８１１、および投影レンズ１８１２を備えている。
【０１５０】
緑色レーザ光源１８０５Ｇは、グリーン光源の出力をコントロールするレーザ出力コントローラ１８０３およびＬＤ電源１８０４で制御される。
【０１５１】
各光源（赤色、緑色、青色レーザ光源１８０５Ｒ、１８０５Ｇ、１８０５Ｂ）からのレーザ光は、ビーム形成ロッドレンズ１８０６Ｒ、１８０６Ｇ、１８０６Ｂにより、矩形に整形され、その後リレーレンズ１８０７Ｒ、１８０７Ｇ、１８０７Ｂを通して各色の２次元変調素子１８０９Ｒ、１８０９Ｇ、１８０９Ｂを照明する。そして、２次元に変調された各色の画像を合波プリズム１８１１で合成し、投影レンズ１８１２よりスクリーン上に投影することにより映像を表示する。
【０１５２】
緑色レーザ光源１８０５Ｇは、レーザ共振器をファイバ内に閉じた系とする。これにより、外部からの塵あるいは反射面のミスアライメントなどで共振器の損失が増加することによる出力の経時低下・出力変動を抑制することができる。
【０１５３】
画像処理部１８０２は、ＴＶ、ビデオ装置、ＰＣ等から入力される映像信号１８０１の輝度情報に応じてレーザ光の出力を変動させる光量制御信号を発生し、当該光量制御信号をレーザ出力コントローラ１８０３に送出する役割を果たしている。このように輝度情報に応じて光量を制御することにより、コントラストを向上することが可能となる。この際、レーザ出力コントローラ１８０３は、レーザをパルス駆動し、レーザの点灯時間のデューティー比（点灯時間／（点灯時間＋非点灯時間）の値）を変化させることにより平均的な光量を変化させるような制御方法（ＰＷＭ制御）を取ることもできる。
【０１５４】
また、このプロジェクタシステムに用いられる緑光源の波長は５１０ｎｍから５５０ｎｍの緑色レーザ光を出射する構成としてもよい。この構成により、視感度の高い緑色のレーザ出力光を得ることができ、色再現性の良いディスプレイとして、さらに原色に近い色表現をすることができる。
【０１５５】
また、本実施の形態の２次元画像表示装置は、スクリーンと、複数のレーザ光源と、レーザ光源を走査する走査部とを備え、レーザ光源は、少なくとも赤色、緑色及び青色をそれぞれ出射する光源を用いた構成からなり、レーザ光源のうち、少なくとも緑色の光源は上記の第１及び第２の実施の形態で示した何れかの波長変換レーザ光源を用いた構成としてもよい。
【０１５６】
この構成により、視感度の高い緑色のレーザ出力光を得ることができるので、色再現性の良いディスプレイ等に使用して、さらに原色に近い色表現をすることができる。
【０１５７】
なお、このようなスクリーンの背後から投影する形態（リアプロジェクションディスプレイ）のほかに、前方投影型構成の２次元画像表示装置の形態をとることも可能である。
【０１５８】
なお、空間変調素子には、透過型液晶あるいは反射型液晶、ガルバノミラーやＤＭＤに代表されるメカニカルマイクロスイッチMicro Electro Mechanical System（ＭＥＭＳ）などを用いた２次元変調素子を用いることももちろん可能である。
【０１５９】
なお、本実施の形態のように反射型空間変調素子やＭＥＭＳ、ガルバノミラーといった光変調特性に対する偏光成分の影響が少ない光変調素子において、高調波を光ファイバで伝搬する際は、ＰＡＮＤＡファイバなどの偏波保持ファイバである必要はない。しかしながら、液晶を用いた２次元変調デバイスを使用する際には、変調特性と偏光特性が大いに関係するため、偏波保持ファイバを使用することが好ましい。
【０１６０】
図１９（ａ）及び（ｂ）は、実施の形態１ないし３で示した緑光源を含むバックライト照明装置を用いた画像表示装置の構成の一例について示す概略構成図である。このような画像表示装置の例として液晶表示装置１９００の模式的な構成図を示す。
【０１６１】
このバックライト照明装置は、レーザ光源１９０２と制御部１９０３とを含む光源ユニット１９０１、レーザ光源を点光源から線光源に変換する導光部材１９０４、線光源から面光源に変換して液晶表示部１９０６全面を照明するための導光板部材１９０８、及び偏光方向をそろえたり照明ムラを除去したりするための偏光板・拡散部材１９０９を備えている。なお、図１９（ａ）中の１９０５は、液晶表示部１９０６の裏面を通る光線を模式的に現している。
【０１６２】
波長変換レーザ光源を光源としたディスプレイの一形態としての液晶表示装置１９００は、液晶表示パネル１９１０と、液晶表示パネル１９１０を背面側から照明するバックライト照明装置とを筐体１９０７内に備えている。そして、バックライト照明装置の光源は、複数のレーザ光源を含んで構成され、このレーザ光源は少なくとも赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）をそれぞれ出射する光源を用いた構成からなる。すなわち、Ｒ光源、Ｇ光源およびＢ光源は、それぞれ赤色、緑色および青色のレーザ光を出射する。このレーザ光源のうち、Ｇ光源が本発明の実施の形態１から３で示したパルスファイバレーザ装置からなるＧ光源を用いて構成される。
【０１６３】
ここでは、Ｒ光源には波長６４０ｎｍのＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料からなる半導体レーザ装置を、青色レーザ光源（Ｂ光源）には波長４５０ｎｍのＧａＮ系材料からなる半導体レーザ装置を用いている。また、緑色レーザ光源（Ｇ光源）には実施の形態１から３において示したうちの何れかの波長変換装置を適用した波長５３２ｎｍの緑色レーザ光源を用いている。
【０１６４】
なお、Ｇ光源は、第１ないし第３の実施形態で示したＧ光源に集光レンズ（図示せず）などの光学部品を付加して、出力光のマルチビームが光ファイバに集光されて導光板に導かれるようにしている。
したがって、単一の高出力ピーク値をもつ光電変換効率の高いパルスファイバレーザ装置を用いて構成しているので、高輝度で色再現性に優れ、簡単な構成で低消費電力の安定した画像表示装置を実現することができる。
【０１６５】
装置が使用される形態により素子加熱動作に代表される波長変換素子経時変化への対応をいつ開始するか変える必要があり、本実施形態で述べた画像表示装置においては、ユーザーがディスプレイを使用中に経時変化への対応が開始されないようにディスプレイとしての使用が終了したときに、経時変化への対応動作を開始することが望ましい。
【０１６６】
経時変化への対応動作を行うための構成として、１：持ち運んで使用するフロントプロジェクター等のディスプレイの場合と、２：部屋に据え置いて使用する背面投写型のディスプレイや液晶ディスプレイの場合の二通りに分けられる。
【０１６７】
１：持ち運んで使用するディスプレイの場合は、非動作時に電源が供給される可能性が低いため、確実な対応動作を行うという観点で、ディスプレイ装置には、電源ＯＦＦ後に直ちに電源供給プラグを抜かれ、外部から電源供給ができなくなった場合を想定して、図５の破線で囲まれた領域に示すように、バッテリ（コンデンサ）２０３等のバックアップ電源を機器に設けておくことが望ましい。
【０１６８】
一方、２：据え置き型のディスプレイ場合は、非動作時でも電源が供給される場合が大半であるため、外部電源を用いて対応動作を行う構成としても良い。
【０１６９】
また、対応動作を開始する時期について、ディスプレイとしての使用が終了した時に加えて、使用時間を累積しておき、所定の時間になった時、あるいは位相整合温度のシフトを検知して、所定のシフト量となった時をタイミングとして設定することが可能である。
【０１７０】
なお、波長変換素子として、分極反転構造を有する光学素子、例えばＭｇ：ＬｉＮｂＯ３（コングルエント組成・ストイキオメトリー組成）、Ｍｇ：ＬｉＴａＯ３（コングルエント組成・ストイキオメトリー組成）、Ｍｇ：ＫＴｉＯＰＯ４などの、基本構造として酸素八面体構造を有し、主成分以外に金属イオン（Ｍｇイオン等）が添加された光学結晶では、酸素八面体構造内に存在する金属イオンが不安定で格子欠陥を生じさせ易いため、特に効果を発揮することができる。
【０１７１】
なお、上記の実施の形態では、光学素子の一例として、非線形光学効果を利用した波長変換を例にして説明したが、分極反転構造を有する光学素子で、分極反転構造の周期を利用して、光の位相を整合させる構造、或いは、光とマイクロ波・ミリ波などの速度を整合させる構造を有する光学機器などに適用することが可能である。
【０１７２】
図２０（ａ）は、光通信装置２０００を模式的に示している。光通信装置２０００は、光源２００１、光変調器２００２、及び受信機２００４を備えている。光通信装置２０００に用いられる６０ＧＨｚ〜１１０ＧＨｚと言ったミリ波帯の導波路型光変調器（例えば、マッハツェンダー干渉計型）では、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３（コングルエント組成・ストイキオメトリー組成）、Ｍｇ：ＬｉＴａＯ３（コングルエント組成・ストイキオメトリー組成）に設けられた光導波路２００５を通過する光と、光導波路２００５直上の変調電極２００６から入力される電気信号の位相速度を合わせるために分極反転構造２００３を利用して、光と電気信号との相互作用効果を増大させる構成をとっている。このとき、波長変換素子の場合と同様に光による経時劣化により、半波長電圧が変化し、変調信号にバイアス電圧をかける必要があり、光変調器２００２とは別に電気信号のバイアス電圧に対する変調深さを常に監視し、適切なバイアス電圧を判定する電気回路が必須であった。
【０１７３】
この場合も、図２０（ｂ）に示すように、光変調器２００２を形成する光学素子に対して、経時変化対応動作（図２０（ｂ）では素子加熱機構２００８を用いた加熱動作）を行うことで、バイアス電圧を付加することなく変調動作を行うことができ、変調動作時にバイアス電圧を監視・判定する回路をなくすことができる。
【０１７４】
これ以外に、光導波路２００５を用いて、入力された光信号（波長多重された信号：WDM Wavelength Division Multiplexing）を波長によって分離する素子についても、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３（コングルエント組成・ストイキオメトリー組成）、Ｍｇ：ＬｉＴａＯ３（コングルエント組成・ストイキオメトリー組成）に形成した場合、導波路部分の屈折率が経時変化することにより、波長分離特性が劣化する課題がある。この波長分離素子を形成する光学素子に対して、本願で提案している経時変化対応動作を行うことで、屈折率の経時変化を回復することにより、波長分離特性の劣化を防止することができる。
【０１７５】
波長分離特性の経時劣化を防止することで、Ｍｇ：ＬｉＮｂＯ３（コングルエント組成・ストイキオメトリー組成）、Ｍｇ：ＬｉＴａＯ３（コングルエント組成・ストイキオメトリー組成）を用いた波長分離素子に、電界あるいは紫外光〜５５０ｎｍ程度の緑色光を入力することで、波長分離特性をアクティブに変化させる作用を持たせることも可能となり、光ルーターなどの光学機器へ応用することも可能となる。
【０１７６】
なお、本願では、波長変換の一例として、赤外光（１０６４ｎｍ）から可視光（５３２ｎｍ）への変換を例にしたが、第２高調波発生以外にも、和周波発生、差周波発生、パラメトリック発振にも分極反転構造の周期を利用して、光の位相を整合させる構造を利用しているものであれば使用ができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明は、ディスプレイ等の民生用途に適した光学装置および波長変換レーザ光源、ファイバ付きレーザ装置、画像表示装置に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１７８】
【図１】波長変換レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）は、波長変換素子の経時劣化による位相整合温度の変化量を示すグラフであり、（ｂ）は、異なる素子材料間での経時劣化による位相整合温度の変化量の違いを示すグラフである。
【図３】（ａ）は、累積運転時間と波長変換素子の経時劣化による位相整合温度の変化量及び加熱による位相整合温度の回復の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、回復のための加熱温度と波長変換素子の経時劣化による位相整合温度の変化量及び加熱による位相整合温度の回復の関係を示すグラフである。
【図４】加熱温度を８０℃及び１００℃としたときの加熱時間と位相整合温度回復との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源の概略構成を示す模式図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係るレーザ光源を適用したファイバ付きレーザ光源の構成例を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る屈折率回復機構による回復動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施の形態に係る屈折率回復機構による回復動作の実行前と実行後の位相整合温度の変化量の違いを示すプロット図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る屈折率回復機構による回復動作の他の例を示すフローチャートである。
【図１０】波長変換素子温度と高調波出力との関係を示す温度チューニングカーブを示している。
【図１１】本発明の他の実施の形態に係る屈折率回復機構による回復動作の一例を示すフローチャートである。
【図１２】図１１に示す回復動作を実行した際の、累積時間に対するＬＤ電流の変化を示すグラフである。
【図１３】本発明の一実施の形態に係る波長変換レーザ光源が備える制御装置及び波長変換素子の温度コントローラの概略構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の参考例における温度コントローラによる波長変換素子の制御動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の他の実施の形態に係る波長変換素子の保持温度をパラメータとした場合の累積運転時間と高調波出力との関係を示すグラフである。
【図１６】波長変換結晶の長さと、温度許容幅との関係を示すグラフである。
【図１７】（ａ）（ｂ）は、導波路型波長変換素子の構成例を示す模式図であり、（ｃ）は、紫外光で位相整合温度を回復する構成を示す模式図であり、（ｄ）は、電界印加で位相整合温度を回復する構成を示す模式図である。
【図１８】本発明の一実施の形態に係るレーザ光源を適用したプロジェクタ（プロジェクションディスプレイ）の構成例を示す模式図である。
【図１９】（ａ）は、本発明の一実施の形態に係るレーザ光源を適用した液晶ディスプレイの構成例を示す模式図であり、（ｂ）は、本発明の一実施の形態に係る液晶ディスプレイの断面図である。
【図２０】（ａ）は、光変調器を利用した通信装置を示す模式図であり、（ｂ）は、光変調器の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１７９】
２００    波長変換レーザ光源（光学機器）
２０１    出力設定器
２０２    温度コントローラ
２０３    バッテリ（バックアップ電源）
２０９    波長変換素子
２１２    受光器（フォトダイオード）
２１３    ビームスプリッタ
２１６    温度保持部（屈折率回復機構）
２２５    制御装置（屈折率回復機構）
２３１    基本波光源
２３５    基本波光
７０３    サーミスタ（屈折率回復機構）
７０４    Ａ／Ｄコンバータ
７０５    レジスタ
７０６    ＥＥＰＲＯＭ
７０７    ＭＰＵ
７０８    電源
７０９    スイッチ
７１１    温度コントローラ（屈折率回復機構）
１７０７    紫外光源（紫外光照射部）
１８００    ２次元画像表示装置
１８０３    レーザ出力コントローラ
１８０５Ｒ    赤色レーザ光源
１８０５Ｇ    緑色レーザ光源
１８０５Ｂ    青色レーザ光源
１８０９Ｒ、１８０９Ｇ、１８０９Ｂ    ２次元変調素子
１９００    液晶表示装置
１９１０    液晶表示パネル
２０００    光通信装置
【図１】
2010033049.tif 000003
【図２】
2010033049.tif 000004
【図３】
2010033049.tif 000005
【図４】
2010033049.tif 000006
【図５】
2010033049.tif 000007
【図６】
2010033049.tif 000008
【図７】
2010033049.tif 000009
【図８】
2010033049.tif 000010
【図９】
2010033049.tif 000011
【図１０】
2010033049.tif 000012
【図１１】
2010033049.tif 000013
【図１２】
2010033049.tif 000014
【図１３】
2010033049.tif 000015
【図１４】
2010033049.tif 000016
【図１５】
2010033049.tif 000017
【図１６】
2010033049.tif 000018
【図１７】
2010033049.tif 000019
【図２０】
2010033049.tif 000020
【図１８】
2010033049.tif 000021
【図１９】
2010033049.tif 000022